JPS621781B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルミナ、シリカ等を部分的に担持
させて表面積を大きくした箇所を有する触媒燃焼
用触媒体の製造方法に関するものである。

一般に触媒燃焼機器においては触媒体に気体状
燃料と空気の予混合気体を送り接触酸化反応を行
わせているが、逆火防止のため予混合ガスの酸化
触媒体入口側での流速は常に火炎伝播速度以上に
保つておく必要がある。しかし、触媒体に設けた
小孔内を予混合ガスが通過する速度が火炎伝播速
度以上であつても、触媒体入口付近に予混合ガス
の淀みがあり、かつ触媒体表面の温度が発火点以
上であるとき逆火を引きおこす。そこでこれをさ
けるために予混合ガスを高速流で触媒体を通過さ
せると、未反応のまま排出される成分いわゆるス
リツプエイジ（slippage）が観察された。従つ
て、逆火を防止するためには高速気流をつくり出
す高圧送風機が必要で、さらにスリツプエイジを
抑制するために触媒体の長さを長くしなければな
らず、触媒燃焼機器が大きくならざるを得なかつ
た。

本発明は、アルミナやシリカ等を担体に担持さ
せて表面積を大きくして触媒体の活性を高める
際、予混合ガス流入側の触媒体表面近傍にはアル
ミナやシリカ等を担持させず酸化触媒金属あるい
は金属酸化物の活性度を低く抑えた酸化触媒体を
与えるものであつて、この方法により予混合ガス
流入側の触媒体表面温度を著しく低下させること
ができ、発火点以下に保つことが可能となつた。
従つて、触媒体の予混合ガス流入側で予混合ガス
の淀みが生じても発火することはなく、いわゆる
逆火の心配のない安全でコンパクトな触媒燃焼機
器を提供することができるようになつた。

以下本発明の触媒燃焼用触媒体の一実施例を第
１図により説明する。

第１図において１はα―アルミナで成形された
方形の小孔２を多数個構成したハニカム形状の触
媒担体であつて本実施例において吸水率は約30％
であつた。

第２図は触媒担体１に、アルミナゾルを用いて
γ―アルミナを担持させた状態を示した触媒担体
１の部分拡大縦断面図である。ここで小孔２内壁
面のｂ〜ａにはγ―アルミナは担持されておらず
触媒担体１の材料であるα―アルミナで壁面が構
成されている。一方、ａ〜ｃの領域では小孔２内
壁面はアルミナゾルによる処理によりγ―アルミ
ナ層Ｋで被覆され、また、触媒担体１が有してい
る微細孔内部にもγ―アルミナが取り込まれた状
態となつている。このアルミナゾルによる処理で
γ―アルミナを触媒担体１に担持させるとその表
面積は飛躍的に増加するので、酸化触媒、即ち遷
移金属酸化物や白金族金属を担持させる場合、分
散度が上がり触媒活性度の向上が図れる。

本実施例についてはα―アルミナを材料とした
触媒担体１を用い吸水率は約30％であつたが、他
の材料、他えばコージライト、ムライト、ジルコ
ニア、炭化珪素で成形したものでも良く、吸水率
の如何を問わない。またハニカム形状を構成する
小孔２の形状についても方形、円形、三角形、六
角形等の形状でもかまわない。

製造方法 一実施例として触媒担体１の材料にα―アルミ
ナを用い方形の小孔２を多数構成したハニカム形
状のものについて述べる。触媒担体１の形状は外
形は直径70mm、高さ25mmであり吸水率は約30％を
有している。また小孔２の形状は一辺1.5mmの方
形でピツチは２mmである。

〔第１工程〕 ハニカム形状の触媒担体１を、濃度を調整した
酢酸ビニルポリマーのアセトン溶液に、第２図に
おけるｂ面から浸漬し、所定の高さ（ａ点）まで
吸上がつたときに取り出して直ちに約50℃の温風
にて溶媒のアセトンを蒸発させる。次に約100℃
の乾燥炉内で加熱して完全にアセトンを除くと触
媒担体１のｂ〜ａの領域はｂ面、小孔２内壁面は
もとより触媒担体１の基材が有している微細孔内
部も含めて酢酸ビニルポリマーの被膜で覆われ撥
水性を生みだす。

〔第２工程〕 10％アルミナゾルを水で３倍重量に稀釈し、γ
―アルミナ微粒末を充分な撹拌のもとに10重量％
を加えた溶液中に〔第１工程〕で得た触媒担体１
をｃ面からａ点まで浸漬する。触媒担体１が十分
にアルミナゾル溶液を吸収・付着した後に取り出
して温風で乾燥してから600℃、空気雰囲気中で
焼成を行う。このときｂ〜ａ領域で撥水性の被膜
となつていた酢酸ビニルポリマーは、酸化消失す
るとともにγ―アルミナがａ〜ｃの領域に担持さ
れる。

〔第３工程〕 濃度を調整した塩化白金酸水溶液の一定量を
〔第２工程〕で得られた触媒担体１に毛管現象に
て含浸させる。このとき触媒担体１一個に対して
白金重量で0.05〜0.3ｇとなるように塩化白金酸
濃度を調整しておく。塩化白金酸溶液を含浸した
触媒担体１を80℃で十分に乾燥させたのち600℃
で約２時間焼成すると酸化触媒として白金を担持
させた本発明にかかわる触媒体が得られる。

本発明の触媒体を用いた液体燃料燃焼装置の一
応用例を第３図に示し、その構成、作用を次に説
明する。

第３図において、３は有底円筒状のフアンケー
スで底部には吸気導入口４があけられており、こ
の吸気導入口４の外方には金具５によりフアンケ
ース３底部に固定されたモータ６が位置されてい
る。またシヤフト７はフアンケース３の中心線に
沿つて吸気導入口４からフアンケース３内に挿入
されている。またモータ６は吸気口８を有するモ
ータケース９によつて覆われている。モータシヤ
フト７にはフアン１０が、またフアンケース３に
は案内羽根１１が固定され、それぞれ交互に多段
に設けられている。一方フアンケース３の他端に
は中央に空気口１２を有する固定板１３が嵌合さ
れ、フアンケース３外方に向けパツキング１４を
介して燃焼筒１５が装着されている。固定板１３
近傍の燃焼筒１５側壁にはシーズヒータ１６が埋
設され、金網あるいはパンチングメタル製の抵抗
板１７と固定板１３に囲まれる空間で気化予混合
室１８を形成している。さらに燃焼筒１５内の抵
抗板１７前方にはスペーサ１９を介して整流作用
を行う整流板２０、触媒体保持金具２１、触媒体
２２、触媒体押え２３が順次装着されている。触
媒体２２は、第２図におけるｂ側が整流板２０側
に向くように挿入してある。また燃焼筒１５前部
には触媒体２２に近接するように点火プラグ２４
を固定した熱交換器２５を連結している。一方、
フアンケース３を貫通し気化予混合室１８内に臨
んだモータシヤフト７先端にはモータ６側より、
先端に向けて径が大きくなる円垂台形のコーン２
６、回転板２７、周端に撹乱用小羽根を有する混
合板２８が順次固定されている。また給油管２９
はフアンケース３を側面から貫通してコーン２６
上方に開口するよう設置している。

上記の構成になる触媒燃焼装置の作用を述べ
る。

ヒータ１６に通電されて気化予混合室１８の側
壁が所定の温度に達するとヒータ６、電磁ポンプ
（図示せず）に通電され、空気および液体燃料の
供給が開始される。液体燃料は給油管２９で回転
しているコーン２６上に送られ、コーン２６のテ
ーパに沿つて回転板２７に達すると、その回転力
で円周方向に飛散され、定温状態を保つている気
化予混合室１８壁に接触し気化する。他方、フア
ン１０によつて吸気口８から取入れられた空気は
吸気導入口４を通り空気口１２から気化予混合室
１８内に送り込まれ、気化した液体燃料ガスと、
混合板２８の作用で均質に混合され予混合ガスと
なる。予混合ガスは抵抗板１７、整流板２０を通
過して触媒体２２をも通過したところで通電され
スパークを発している点火プラグ２４で点火され
る。点火初期においては触媒体２２の熱交換器２
５側に青火炎を形成して火炎燃焼を行うが、火炎
からの輻射熱や燃焼筒１５からの伝熱等によつて
触媒体２２の温度は次第に上昇し徐々に触媒反応
を開始するので、火炎はそれにつれて小さくなり
ついには消失する。この時点で触媒体２２の小孔
内表面温度は700〜1000℃に達しており、触媒に
よる酸化反応で予混合ガスは完全に酸化され、接
触酸化反応は定常状態を保つ。

従来の触媒体、即ち触媒体全面にアルミナやシ
リカ微粒子を担持させたのちに白金等の酸化触媒
を触媒体全域に均等に分散担持させた触媒体を使
用した触媒燃焼装置においては、排ガス中のCO₂
濃度を高めるため供給空気量を絞つたり、燃焼量
を低下させるなどの、予混合ガス流速を低下させ
る方向の変化に対しては、第３図のものでは触媒
体２２と整流板２０の間で火炎を形成して燃焼す
る。いわゆる逆火を起こし易く、触媒体の異常加
熱、さらには触媒体の溶融を引き起し極めて危険
であつた。この逆火の現象は予混合ガスの触媒体
の小孔内流速が火炎伝播速度以下となつたり、流
速の低下に伴なつて触媒体表面付近で局部的な淀
みが生じたりすることと、流速が低下するに伴な
い触媒体の予混合ガス流入側に近い所で最も酸化
反応が活発となつて高温度をつくり出すために触
媒体の予混合ガス流入側表面の温度を発火点以上
に上昇させてしまうことなどに帰因する。

これに対して、本発明によれば触媒担体１の予
混合ガス流入側にはアルミナやシリカを担持させ
ず、金属酸化物や白金族金属等の触媒活性度を制
限することによつてその部分の酸化反応量を減少
させ、温度の著しい上昇を抑制し、発火温度以下
にまで低下することができる。従つて、予混合ガ
ス流速が低下しても触媒体２２の予混合ガス流入
側表面温度を常に発火温度以下に保つことができ
るので、予混合ガスの流速を低下させる諸要因に
対し、逆火を心配することなく特性の向上を図れ
る。即ち、第３図に示したものに関しては、空気
量を減少し、空燃比を１に近づけ熱交換効率の向
上を図つたり、送風機構の小型化を図つたり、送
風機構の小型化を図つたりする場合でも逆火を心
配することなく対応できる。さらに、流速に直接
関係している燃焼量の調節幅についても、特に低
燃焼量側を極めて広く設定することが可能となつ
た。また、低燃焼量状態下でも空燃比を１に近づ
けることも可能であり燃焼機器特性の向上を容易
に図ることができる。

一方、予混合ガス流速を遅く設定することがで
きるため、スリツプエイジを補うために触媒体を
長くする必要もなく、高圧送風機構も不要とな
り、小型化を図れるものである。

以上のように本発明によれば、空燃比の低減、
燃焼量調節幅の拡大等の特性向上、またコンパク
ト化を図る上で優れた効果を発揮できる触媒体を
簡単に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施を適用する触媒担体の
斜視図、第２図は第１図に示した触媒担体に本発
明を適用した触媒体の部分拡大縦断面図、第３図
は本発明による触媒体を用いた液体燃料燃焼装置
の縦断面図である。 １……触媒担体、２……小孔、１５……燃焼
筒、２０……整流板、２２……触媒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定方向に貫通した小孔を複数個有する耐熱
   無機材料構造体を、撥水性の有機高分子溶液中
   に、小孔が開口する一方の面から所定の高さまで
   浸漬し、次に乾燥して耐熱無機材料構造体表面を
   有機高分子で被覆する第１の工程と、第１の工程
   後前記耐熱無機材料構造体をアルミナあるいはシ
   リカ等あるいはアルミナシリカ混合物等の懸濁液
   に浸漬したのちに乾燥、焼成し前記有機高分子被
   膜を酸化消失させるとともに前記アルミナあるい
   はシリカあるいは両者混合物を耐熱性無機材料構
   造体に担持させ触媒担体とする第２の工程と、第
   ２の工程で得られた触媒担体に酸化触媒を担持さ
   せる第３の工程とを有する触媒燃焼用触媒体の製
   造方法。 ２ 耐熱無機材料構造体としてムライト、アルミ
   ナ、コージライト、ジルコニア、炭化珪素などの
   セラミツク材料あるいは金属焼結体、発泡金属の
   少なくとも１つを用いたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の触媒燃焼用触媒体の製造
   方法。 ３ 酸化触媒としてコバルト、ニツケル、鉄、マ
   ンガン、銅、クロム、亜鉛等の遷移金属酸化物の
   うち少なくとも一種類以上を組み合わせたもの、
   あるいは白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウ
   ム、イリジウム等の白金族金属のうち一種類以上
   を組み合わせたもの、あるいは前記遷移金属酸化
   物と前記白金族金属を組みあわせたものを用いた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   触媒燃焼用触媒体の製造方法。